电负载系统设计论文

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1电负载系统简介

电负载系统的主要由控制系统和蒸发耗能系统组成。系统的控制电源为直流28V，负载消耗为三相115V/400Hz。控制系统自动采集负载的电流、电压和消耗功率，并且按照预先设定好的加载程序进行自动加载，能够实现自动和手动加载的切换，并且具备紧急情况下自动切除负载和应急排放热水的功能。电负载系统工作原理是控制系统通过上位机实时采集飞机电源系统的剩余功率，并且向上位机发出指令，蒸发耗能系统消耗飞机电源系统的剩余功率，将电能转换成为热能，消耗飞机电源系统和飞机APU系统，达到验证其性能的目的。

1.1控制子系统

控制子系统由直流28V供电，主要实现负载加载控制、负载参数及负载系统参数采集、冷却系统控制、应急情况控制以及自检功能。控制子系统主要由相关的接触器、继电器、滤波器以及控制计算机等组成，这些控制器件统一安装在飞机客舱的控制柜内，控制计算机作为中心控制单元，负责采集压力、温度、电流、电压、流量等各个传感器的实时数据，并对数据进行分析处理，判断整个系统的实时状态，接收用户命令，实现开关量、模拟量控制等功能。控制子系统具有自动、手动加载控制的功能；具有自检、告警以及应急断电功能；能够保证罐中负载消耗平衡，在负载不平衡时，能够自动切断负载单元；具有可视化操作界面，实时显示飞机消耗功率；能够及时采集压力、温度、电流、电压、液位等，并能及时作出响应，改变系统工作状态；当采集到各个蒸发罐的液位传感器低于设定值时，控制系统发出指令，补水泵从补水罐箱对其进行补水，使其达到设定值；当检测到补水罐的液位低于设定值时，控制系统发出指令，给出报警信号；当蒸发罐和补水罐的液位均低于设定值时，系统自动断电；在紧急情况下，该系统能自动放掉热水。

1.2蒸发耗能系统

蒸发耗能系统由补水排水子系统和负载子系统组成。能够实现能量转换，自动排放高温水蒸气。补水排水子系统主要由补水分系统、应急排水分系统以及注水、排水分系统等组成。补水分系统由补水罐、补水泵以及液位传感器等组成。当液位传感器采集到各个蒸发罐的液位低于设定值时，则自动启动补水泵，由补水罐向蒸发罐组输水，使其达到设定的液位值。应急排水分系统由应急排水泵、单向阀以及单向插板阀等组成，用于在飞机应急着陆前，排放掉蒸发罐内的热水。负载子系统实现电负载的分配和消耗。负载子系统主要由安装在蒸发罐里面的60个负载元件组成。每个负载元件的功率1KVA，绝缘层热稳定性不小于300°，绝缘电阻不小于20MΩ，每相电负载最小负载1KVA、共20KVA，均分在三个电加热器罐里，为保证负载消耗平衡，每次加载最小功率3KVA，总共可以实现60KVA的负载消耗。在出现负载不平衡时，系统具有自动切除功能。

2电负载系统设计

2.1硬件设计

电负载系统硬件组成主要由工控机、西门子PLC、传感器（电压、电流、液位等）、交流接触器、断路器、采集板卡等组成。

2.2软件设计

系统软件由两部分构成，分别是一体化工作站（上位机）程序和可编程控制器（下位机）程序。上位机主要用于监控整个系统详细的工作过程，跟据预先设定好的规律，执行相对应的加载规律，上位机具有友好的工作界面，操作界面，并且能够实时监测到加载的负载以及整个系统的运行状况。下位机程序主要采用的是梯形图进行编程，主要采集补水罐和蒸发罐的液位信号，接收上位机指令，实现负载自动加载、补水泵控制和报警断电等功能。整个系统有条不紊的进行。

3电负载系统实验

在完成了软件调试、控制机柜的接线以及外部线路接线工作以后，对电负载系统进行了地面联试实验，进行了地面长时间加载实验，首先进行了系统自检工作，自检完成后，模拟飞机剩余功率进行自动加载以及卸载规律设定，进行了长达4小时的实验，实验过程顺利，实验结果表明：系统能够按照预先设定的模拟飞机的加载、卸载规律进行工作，并且在水蒸气状态下，蒸发耗能系统能够将高温水蒸气排出；模拟了飞机上故障情况，该系统能够紧急卸载以及紧急排水。经过一系列的地面联试实验和分析，电负载系统功能完善，长时间工作运行稳定可靠，达到了设计要求。

4结束语

文章设计的电负载控制系统已经应用在飞行试验中，该系统自动化程度高，操作方便简单，并且能够准确测量飞机发电机的剩余功率，根据采集到飞机的剩余功率，自动加载电负载单元，达到了验证飞机的电源系统、APU电源系统的性能的目的。

作者:苟婷婷 兰莎莎 单位:中国飞行试验研究院